Докажите что биосферный уровень высший уровень организации жизни
Биосферный уровень
Биосферный уровень — наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете.
Биосфера— это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов планеты, включая человека) и преобразованная им окружающая среда.
Биотический обмен веществ — это фактор, который объединяет все другие уровни организации жизни в одну биосферу.
На биосферном уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Таким образом, биосфера является единой экологической системой. Изучение функционирования этой системы, ее строения и функций — важнейшая задача биологии. Занимаются изучением этих проблем экология, биоценология и биогеохимия.
В системе современного научного мировоззрения понятие биосферы занимает ключевое место. Сам термин «биосфера» появился в 1875 г. Он был введен австрийским геологом и палеонтологом Э. Зюссом для обозначения самостоятельной сферы нашей плане-
ты, в которой существует жизнь. Зюсс дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли. Но он не придавал значения среде обитания этих организмов.
Тем не менее, Зюсс не был первооткрывателем, так как разработка учения о биосфере имеет довольно длинную предысторию. Одним из первых вопрос о влиянии живых организмов на геологические процессы рассмотрел Ж. Б. Ламарк в книге «Гидрогеология» (1802). В частности, Ламарк говорил о том, что все вещества, находящиеся на поверхности Земли и образующие ее кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Затем был грандиозный многотомный труд А. Гумбольдта «Космос» (первая книга вышла в 1845 г.), в котором множество фактов доказывало взаимодействие живых организмов с теми земными оболочками, в которые они проникают. Поэтому Гумбольдт рассматривал в качестве единой оболочки Земли, целостной системы атмосферу, гидросферу и сушу с обитающими в них живыми организмами.
Но о геологической роли биосферы, ее зависимости от планетарных факторов Земли, ее строении и функциях еще не было сказано ничего. Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского. Его концепция складывалась постепенно, от первой студенческой работы «Об изменении почвы степей грызунами» к «Живому веществу», «Биосфере» и «Биогеохимическим очеркам». Итоги его размышлений были подведены в работах «Химическое строение биосферы Земли» и «Философские мысли натуралиста», над которыми он работал в последние десятилетия своей жизни. Именно Вернадскому удалось доказать связь органического мира нашей планеты, выступающего в виде единого нераздельного целого, с геологическими процессами на Земле, именно он открыл и изучил биогеохимические функции живого вещества.
Ключевым понятием в концепции Вернадского стало понятие живого вещества, под которым ученый понимал совокупность всех живых организмов нашей планеты, включая человека. В состав живого вещества он включал также часть окружающей его внешней среды, необходимой для поддержания нормальной жизнедеятельности организмов; выделения и части, теряемые организмами; умершие организмы, а также органические смеси, находящиеся вне организмов. Важнейшим отличием живого вещества от косной материи Вернадский считал молекулярную дисимметрию живого, открытую в свое время Пастером (молекулярную хиральность согласно современной терминологии). Используя это понятие, Вернадскому удалось доказать, что не только окружающая среда влияет на живые организмы, но и жизнь способна действенно формировать
среду своего обитания. Действительно, на уровне отдельного организма или биоценоза влияние жизни на окружающую среду проследить очень сложно. Но, введя новое понятие, Вернадский вышел на качественно новый уровень анализа жизни и живого — биосферный уровень.
Биосфера, согласно Вернадскому, — это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов Земли) и преобразованная им среда обитания (косное вещество, абиотические элементы), в которую входят гидросфера, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры. Таким образом, это не биологическое, геологическое или географическое понятие, а фундаментальное понятие биогеохимии — новой науки, созданной Вернадским для изучения геохимических процессов, проходящих в биосфере при участии живых организмов. В новой науке биосферой стали называть один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства. Это сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.
Благодаря новому подходу Вернадский исследовал жизнь как могучую геологическую силу, действенно формирующую облик Земли. Живое вещество стало тем звеном, которое соединило историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение нового понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества, источниках энергии для этого.
Живое вещество и косное вещество постоянно взаимодействуют в биосфере Земли — в непрерывном круговороте химических элементов и энергии. Вернадский писал о биогенном токе атомов, который вызывается живым веществом и выражается в постоянных процессах дыхания, питания и размножения. Например, круговорот азота связан с превращением в нитраты молекулярного азота атмосферы. Нитраты усваиваются растениями и в составе их белков попадают к животным. После смерти растений и животных их тела оказываются в почве, где гнилостные бактерии разлагают органические останки до аммиака, который затем окисляется в азотную кислоту.
На Земле идет непрерывное обновление биомассы (за 7—8 лет), при этом в круговорот вовлекаются абиотические элементы биосферы. Например, воды Мирового океана прошли через биогенный цикл, связанный с фотосинтезом, не менее 300 раз, свободный кислород атмосферы обновлялся не менее 1 млн. раз.
Также Вернадский отмечал, что биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к своему максимальному проявлению, а эволюция видов ведет к появлению новых видов, увеличивающих биогенную миграцию атомов.
Вернадский также впервые отметил, что живое вещество стремится к максимальному заселению среды обитания, причем количество живого вещества в биосфере остается стабильным на протяжении целых геологических эпох. Эта величина не менялась, по крайней мере, последние 60 млн. лет. Количество видов при этом также оставалось неизменным. Если в каком-то месте Земли количество видов убавляется, то в другом месте — прибавляется. В наши дни исчезновение огромного числа видов растений и животных связано поэтому с распространением человека и его неразумной деятельностью по преобразованию природы. Население Земли растет за счет гибели других видов.
Благодаря биогенной миграции атомов живое вещество выполняет свои геохимические функции. Современная наука классифицирует их по пяти категориям:
• концентрационная функция — выражается в накоплении определенных химических элементов как внутри, так и вне живых организмов благодаря их деятельности. Результатом стало появление запасов полезных ископаемых (известняки, нефть, газ, уголь и т.д.);
• транспортная функция — тесно связана с концентрационной функцией, так как живые организмы переносят нужные им химические элементы, которые затем накапливаются в местах их обитания;
• энергетическая функция — обеспечивает потоки энергии, пронизывающие биосферу, что дает возможность осуществлять все биогеохимические функции живого вещества. Важнейшую роль в этом процессе играют фотосинтезирующие растения, преобразующие солнечную энергию в биогеохимическую энергию живого вещества биосферы. Эта энергия тратится на все грандиозные преобразования облика нашей планеты;
• деструктивная функция — связана с разрушением и переработкой органических останков, в ходе которых накопленные организмами вещества возвращаются в природные циклы, идет круговорот веществ в природе;
• средообразующая функция — проявляется в преобразовании окружающей среды под действием живого вещества. Мы можем смело утверждать, что весь современный облик Земли — состав атмосферы, гидросферы, верхнего слоя литосферы, большая часть полезных ископаемых, климат — являются результатом действия Жизни. Так, зеленые растения обеспечивают Землю кислородом и накапливают энергию, микроорганизмы участвуют в минерализации органических веществ, образовании ряда горных пород и почвообразовании.
При всей грандиозности задач, которые решают живое вещество и биосфера Земли, сама биосфера (по сравнению с другими геосферами) представляет собой очень тонкую пленку. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20—22 км над земной поверхностью, а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8—11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2—3 км. В состав биосферы Вернадский включал:
• биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (каменный уголь, нефть, газ и т.д.);
• косное вещество, образованное в процессах без участия живого вещества;
• вещества, создаваемые живыми организмами и косными процессами, и их динамическое равновесие;
• вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада;
• рассеянные атомы, выделяющиеся из земного вещества под влиянием космических излучений;
• вещество космического происхождения, включающее отдельные атомы и молекулы, проникающие на Землю из космоса.
Разумеется, жизнь в биосфере распространена неравномерно, существуют так называемые сгущения и разрежения жизни. Наиболее густо населены нижние слои атмосферы (50 м от земной поверхности), освещенные слои гидросферы и верхние слои литосферы (почва). Также следует отметить, что тропические области заселены намного плотнее, чем пустыни или ледяные поля Арктики и Антарктики. Глубже в земную кору, в океан, а также выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Таким образом, эта тончайшая пленка жизни покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни. При этом нет резкой границы между биосферой и окружающими ее земными оболочками.
Долгое время идеи Вернадского замалчивались, и вновь к ним вернулись лишь в середине 1970-х гг. Во многом это произошло благодаря трудам российского биолога Г.А. Заварзина, который доказал, что основным фактором становления и функционирования биосферы были и остаются многосторонние трофические связи. Они установились не менее чем 3,4—3,5 млрд. лет назад и с тех пор определяют характер и масштабы круговорота элементов в оболочках Земли.
Литература для самостоятельного изучения
1. Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. М., 1986.
2. Барг О.А. Живое в едином мировом процессе. Пермь, 1993.
3. Борзенко В.Г., Северцов А.В. Теоретическая биология: размышление о предмете. М., 1980.
4. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера // Живое вещество и биосфера. М., 1994.
5. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружение. М., 1987.
6. Дубинин Н.П. Очерки о генетике. М., 1985.
7. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М., 1988.
8. Кристин де Дюв. Путешествие в мир живой клетки. М., 1987.
9. Югай Г.А. Общая теория жизни. М., 1985.
Докажите что биосферный уровень высший уровень организации жизни
Подробное решение параграф § 4 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. 2014
1. Какие виды природных сообществ Вы знаете?
Ответ. Живые организмы не могут существовать друг без друга. Они образуют сообщества, в которых каждый отдельный организм влияет на все остальные и одновременно испытывает на себе их влияние. Такое существование необходимо всем и позволяет выжить каждому отдельному виду. Примерами сообществ могут служить луг, болото, степь, пустыня, лес.
2. Какие уровни организации живой материи вам известны?
Ответ. Уровни организации живой природы: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биосферный.
Вопросы после §4
1.Чем характеризуются биологические системы?
Ответ. Важными свойствами живых систем являются многоуровневость и иерархическая организация (от греч. hierarchia – порядок подчинения). Части биологических систем сами являются системами, состоящими, в свою очередь, из взаимосвязанных частей. Например, организм является частью популяции и может состоять из одной или множества клеток. На любом уровне каждая живая система уникальна и отличается от себе подобных.
Учёные на основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой природы: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный. Однако не всегда можно выделить именно перечисленный набор уровней. Так, у одноклеточных организмов клеточный и организменный уровни совпадают. Иногда учёные выделяют дополнительные уровни, например тканевый, органный. Всем живым системам независимо от уровня организации присущи общие черты, а сами системы находятся в непрерывном взаимодействии. На каждом уровне вследствие объединения систем низшего уровня возникает определённое новое качество.
2. Какие уровни организации характерны для живой материи? На основании каких критериев они выделяются?
Ответ. Молекулярный уровень представлен молекулами органических веществ – белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, находящихся в клетках и получивших название биологических молекул. На молекулярном уровне исследуется роль этих важнейших биологических соединений в росте и развитии организмов, хранении и передаче наследственной информации, обмене веществ и превращении энергии в живых клетках и других явлениях.
Клеточный уровень представлен клетками. Это первый, начальный уровень организации живого, который обладает всеми свойствами живого. На этом уровне наука изучает вопросы морфологической организации клетки, специализации клеток в ходе развития, функций клеточной мембраны, механизмы деления клеток. Эти проблемы имеют очень важное значение, в том числе и практическое, особенно для медицины.
Организменный уровень может быть представлен как одноклеточными, так многоклеточными организмами. На этом уровне изучается организм как целое, со свойственными ему механизмами согласованного функционирования его органов в процессе жизнедеятельности, его адаптация и поведение в различных экологических условиях.
Популяционно-видовой уровень представлен популяциями видов и принципиально отличается от организменного. Продолжительность жизни любого организма определена генетически, популяция же при оптимальных условиях среды способна существовать неограниченно долго. На этом уровне изучают факторы, влияющие на динамику численности особей и возрастного состава популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, действие факторов микроэволюции и т. д. Эти вопросы имеют важное хозяйственное значение, так как позволяют давать научно обоснованные рекомендации для поддержания оптимальной численности особей различных популяций в эксплуатируемых экосистемах.
Экосистемный уровень представлен системой популяций разных видов в их взаимосвязи между собой и окружающей средой. На этом уровне изучаются взаимоотношения организмов и среды, условия, определяющие продуктивность экосистем, их устойчивость, а также влияние на них деятельности человека.
Биосферный уровень – высшая форма организации живой материи, объединяющая все экосистемы планеты. В биосфере происходят глобальные биогеохимические циклы (круговороты веществ и потоки энергии). Изучение механизмов их протекания, а также влияния на них деятельности человека в настоящее время имеет первостепенное значение для предотвращения глобального экологического кризиса.
3. Какое практическое значение имеет изучение уровней организации живой материи?
Ответ. Уровни организации живой материи – это условное обозначение, принятое для классификации всех живых организмов на нашей планете. Живая природа Земли поистине разнообразна. Организмы могут принимать различные размеры: начиная от простейших и одноклеточных микробов, переходя к многоклеточным существам, и заканчивая самыми крупными животными на земле – китами. Эволюция на Земле происходила таким образом, что организмы развивались от простейших (в прямом смысле) к более сложным. Так, то возникая, то исчезая, новые виды совершенствовались в ходе эволюции, принимая все более причудливый облик.
Чтобы систематизировать это невероятное количество живых организмов, и были введены уровни организации живой материи. Дело в том, что, несмотря на различия во внешнем виде и в строении, все организмы живой природы имеют общие черты: они так или иначе состоят из молекул, имеют в своем составе повторяющиеся элементы, в том или ином смысле – общие функции органов; они питаются, размножаются, стареют и умирают. Иными словами, свойства живого организма, несмотря на внешние различия, схожи. Собственно, ориентируясь на эти данные, можно проследить, как проходила эволюция на нашей планете.
В зависимости от уровня организации жизни его изучает целый комплекс научных направлений, напрямую связанный с человеком и миром, которые его окружает, например биохимия, биофизика, молекулярная биология, молекулярная генетика, генная инженерия, цитология и другие.
► Докажите, что всем живым системам, независимо от уровня организации, присущи общие черты, а сами системы находятся в непрерывном взаимодействии. Покажите на примерах, что на каждом уровне организации живой материи возникает определенное новое качество.
Ответ. При всей специфичности биосистем разных уровней, для них можно выделить ряд общих свойств. Назовем некоторые из них. Определенный состав и упорядоченность. Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью, которая может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные органические вещества, некоторые неорганические соединения, а также большое количество воды. Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность биогеоценоза – в том, что в его состав входят определенные функциональные группы организмов и связанная с ними неживая среда
Что касается появления новых качеств на более высоких уровней организации живой материи можно привести следующие примеры. Демографическая структура популяции отсутствует на уровне отдельного организма, а феномен человеческого сознания отсутствует на уровне отдельных структур мозга. Феномен жизни возникает на клеточном уровне, а феномен потенциального «бессмертия» – на популяционном. Специфика биогеоценотического уровня связана с составом его компонентов и круговоротом веществ (сопровождающимся потоками энергии и информации), а биосферного уровня – с замкнутостью круговоротов веществ.
Экология. 10 класс
Конспект урока
Урок № 8. Биосферный уровень организации жизни. Биосфера как глобальная экосистема
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
— что такое биосфера и ноосфера.
— описывать биосферу как глобальную экосистему;
— представлять основные особенности её организации;
— описывать структуру биосферы;
— воспринимать природу как ценностный объект охраны и защиты.
— излагать суть учения В. И. Вернадского о ноосфере;
— объяснять значимость формирования экологической культуры населения как необходимого условия развития ноосферы.
Биосфера – внешняя оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими.
Косное вещество (тяготеющий к постоянному, неподвижный) – горные породы неорганического происхождения и вода; это вещество является субстратом или средой для проживания живых организмов;
Биогенное вещество – органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами в течение геологической истории (каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть, газы биосферы – кислород, углекислый газ, вода, аммиак, сероводород и другие), являющиеся источником чрезвычайно мощной потенциальной энергии;
Живое вещество – все количество живых организмов планеты как единое целое. Играет ведущую роль в поддержании свойств биокосных веществ.
Биогеохимический цикл – это круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций.
Ноосфера – это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития
Основная и дополнительная литература (точные библиографические данные с указанием страниц):
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии):
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
Биосфера (от др. греч. βιος – жизнь и σφαῖρα – сфера, шар) – это внешняя оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими.
Впервые употребил понятие «биосфера» в 1804 г. Ж.-Б. Ламарк. Основоположником учения о биосфере является В. И. Вернадский.
Основные положения теории биосферы Земли, по В.И. Вернадскому: биосфера включает в себя не только живое, но и неживое (косное) вещество; между живым и косным веществом существует неразрывная и постоянная связь. Сущность учения В.И. Вернадского заключается в признании исключительной роли живого вещества, преобразующего облик планеты. Другой главнейший аспект учения Вернадского – разработанное им представление об организованности биосферы, которое проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого вещества, во взаимной приспособляемости организмов и среды.
Всё вещество биосферы разделено на четыре категории: косное, биогенное, биокосное и живое. Каждая категория играет определённую роль.
Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (до озонового слоя – на высоте 20-25 км), всю *гидросферу и верхнюю часть литосферы, то есть ту область, где существует жизнь, живые организмы. В настоящее время принято считать, что верхняя граница биосферы располагается на высоте примерно 85 км над поверхностью Земли, поскольку именно на такой высоте (в стратосфере) обнаружены споры микроорганизмов в латентном (скрытом, спящем) состоянии. Нижняя граница биосферы располагается в глубинах литосферы, где температура достигает 100 0 С и находится на глубине 1,5-2 км и 7-8 км (в зависимости от типа пород). Последние данные свидетельствуют о том, что некоторые бактерии могут существовать при температурах от абсолютного нуля до +180 0 С, в вакууме, в ядерных реакторах.
Биосфера структурно организована и рассматривается как глобальная экосистема. Жизнь на Земле зависит от круговорота важнейших химических веществ, в которых непосредственное участие принимает живое вещество.
Впервые термин ноосфера был предложен в 30-е годы французскими философами и естествоиспытателями (Тейяр де Шарден, Ле-Руа). В буквальном смысле термин означает «сфера разума» (ноос – разум).
Ноосфера – это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Научная мысль и деятельность человека изменили структуру биосферы, обусловили физические и химические изменения всех ее оболочек (атмосферы, литосферы, гидросферы).
Понятие «ноосфера» наполнил смыслом и развил Вернадский, в частности, в 1944 г. в статье «несколько слов о ноосфере», опубликованной перед его смертью, ученый приводит свои мысли о дальнейшем развитии биосферы и ее переходе в новое качество – ноосферу. Вернадский подчеркивал особую роль живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы. Среди всех живых существ он выделил человека как мощную геологическую силу, способную оказывать влияние на ход различных процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве. Человек способен перестраивать эту среду согласно своим представлениям и потребностям (благодаря человеческому труду, интеллекту).
Круговорот веществ в природе
Важнейшей особенностью биосферы является биотический круговорот элементов. Круговорот связывает в единое целое организм и его среду. Это непрерывная миграция химических веществ из среды в организм и обратно, объединяющая всё живое с неживой природой. Непрерывный ток атомов от живого к живому осуществляется прежде всего по пищевым сетям; это малый биологический круговорот.
Продукты жизнедеятельности всего живущего на Земле, увлекаемые перемещением водных масс и атмосферными газами, так или иначе попадают в большой геологический цикл круговорота веществ.
Поглощённые из внешнего окружения элементы задерживаются в живом не так уж долго. По научным расчётам, земной запас двуокиси углерода проходит через совокупность всего живого за 300 лет, кислород атмосферы – за 2000 лет, вода суши и океанов – за 2 млн лет.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий):
Информация о тестовом вопросе:
Текст задания: Заполните пропуски в тексте.
Все _________ существа, кроме ___________, получают необходимую для жизнедеятельности организмов ___________ через питательные вещества, входящие в состав растений.
Информация об ответах
Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные):
Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов): живые, продуцентов, энергию
Укажите общую информацию об элементе:
Название элемента: Подстановка элементов в пропуски в тексте
КЭС: Биосфера, ноосфера, экологические связи в системе «человек-общество-природа», экологическая культура как условие достижения устойчивого (сбалансированного) развития общества и природы, возможности устойчивого развития различных биологических и социальных моделей, эволюция развития экосистем. Динамические модели для управления устойчивым развитием социально-экономических систем, прогноз развития неравновесных экосистем.
Контрольный или тренировочный?
Информация о тестовом вопросе:
Текст задания: Вычеркните неверные утверждения.
Биосфера включает в себя только живое вещество. Между живым и косным веществом не существует неразрывной и постоянной связи.
Информация об ответах
Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные).
Биосфера включает в себя только живое вещество. Между живым и косным веществом не существует неразрывной и постоянной связи.